CN209115248U - 波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种波浪能发电装置，包括浮体、发电箱体、发电阵列极板和电能收集元件；所述的发电阵列极板设置于所述发电箱体内部，所述发电阵列极板包括多块相互并联、间隔一定距离设置的铜板和铜柱；所述的发电箱体外壁设置有浮体；部分浸入海水的所述铜板和始终浸没于海水的所述铜柱形成的阵列；所述发电箱体通过浮体浮于海面上，当发电箱体随波浪晃动时，铜板作为电极被海水润湿的面积发生变化而产生双电层充放电电流，传输至电能储存元件储存并输出。本实用新型的技术方案解决了传统波浪能发电技术需要运动部件、无法收集低品位波浪能、开发成本高等问题。

Description

波浪能发电装置

技术领域

本实用新型涉及可再生能源发电技术领域，具体而言，尤其涉及一种波浪能发电装置。

背景技术

波浪能发电可分为能量采集***和能量转换***两部分。

采集***的作用是捕获波浪能，其主要形式有：振荡水柱式、振荡浮子式、摆式、鸭式、筏式、收缩波道式、蚌式等。波浪能发电***一般包括三级能量转换。一级转换***与波浪直接接触，捕获波浪能，能量转换过程主要表现为流体(海浪)动能转化为机械能，或将海水水位升高转换为水的势能；二级能量转换***通过空气涡轮或等设备传动或短期储存机械能，使之转换为旋转的动能，更适合用于驱动发电机运行；三级转换过程主要是通过发电机进行机电转换，***最终完成从波浪能转换为电能的发电过程。其中第二部分的转化效率是目前制约波浪能发电技术推广应用的关键。

目前许多科学家正在研制只有二级能量转化的波浪发电装置，即绕过传统制约波浪发电的第二部分，如采用电磁技术等。

振荡水柱式：柱式波浪能发电装置内部的水柱会在波浪的冲击与起伏的作用下做活塞式的上下往返运动，由于水柱在装置内部做不停的活塞运动，致使水珠上方空间内的空气柱也在进行上下往复运动，空气穿过气室上方的气孔流经一个往复透平，进而将空气运动产生的动能转变为电能。

振荡水柱式波浪能发电装置相对于其他波浪能装置的最大差异之处在与其具有气室。所谓气室，就是指置于海面以下的装置内部的设计与构造。优点是传递方便，通过气室将低速运动波浪的能量转化成高速运动的气液，可靠性好，缺点是建造费用高，转化效率低，发电成本高。

振荡浮子式：振荡浮子式波浪能发电装置是在振荡水柱式装置的基础与理论上发展并完善起来的，二者间有一定的相似性与共同性。通常的振荡浮子式装置是用一个或多个置于港中的浮子作为载体，用来吸收波浪运动产生的机械能，然后利用放置于岸上的机械装置或是液压装置，将浮子吸收的波浪势能和动能传递出去，用以驱动电机进行发电。振荡浮子式波浪发电装置通常是由浮子、操纵连杆、液压传动部件、电机以及发电保护装置等多个部分构成。振荡浮子式发电装置的优点不仅在于其能量间的转换效率高，而且其建造与实施难度相对较低，减少了水下工作量，有利于节省成本，具有较高的商业经济与实际应用价值。缺点式浮子受过多的冲击，易损坏。

推摆式：推摆式波浪能发电装置的基本原理是通过装置的摆体在波浪外力的影响下产生或向前向后、或向左向右的规律性钟摆式运动，从而将波浪的机械能转换为装置摆体的动能。推摆式发电装置的液压部件一般是与装置的摆体的轴相连接，目的是要将装置摆体的动能转变为液力泵的动能，实现部件之间的动能转换。再由压力泵所产生的动能来带动发电机进行发电。

摆体的钟摆式规律运动很符合波浪推力大和频率低的重要特点。推摆式发电装置的能量转换效率客观，但其不足之处在于装置内部的机械部件和液压部件的维护和保养难度较大，维修成本较高。此外，推摆式装置还具有另一重要特点，是在于相位控制技术能够比较容易的与其相配合，这一技术有益于波浪能发电装置吸收到宽度以外的其他类型的波浪能，因而提升装置的发电效率和效果。

纳米摩擦发电：当液滴在金属表面滚动时，介电层和金属的表面将会摩擦带电，静电量相同且符号相反。随着液滴的前后运动，其表面上的正电荷会通过外部电路在金属的两个电极之间引起负电荷流动，从而在电路中产生交流电。为了刺激液滴的滚动，可以采用各种机械搅拌，如旋转或线性摇动的方法。

由于海洋的特殊性，利用波浪能发电的研究和实践还存在：需要运动部件、无法收集低品位波浪能、开发成本高等问题。

发明内容

根据上述提出现有的波浪能发电技术需要运动部件、无法收集低品位波浪能、开发成本高等问题。而提供一种波浪能发电装置。本实用新型主要利用部分浸入海水的所述铜板和始终浸没于海水的所述铜柱形成的阵列，分别同所述电能收集元件的两个输入端相连接；当发电箱体随波浪晃动时，铜板作为电极被海水润湿的面积发生变化而产生双电层充放电电流，传输至电能储存元件储存并输出，从而起到稳定性好，发电效率高，对外界环境要求低的优点。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种波浪能发电装置，包括浮体、发电箱体、发电阵列极板和电能收集元件；所述的发电阵列极板设置于所述发电箱体内部，所述发电阵列极板包括多块相互并联、间隔一定距离设置的铜板和铜柱；所述的发电箱体外壁设置有浮体；部分浸入海水的所述铜板和始终浸没于海水的所述铜柱形成的阵列，分别同所述电能收集元件的两个输入端相连接；所述发电箱体通过浮体浮于海面上，当发电箱体随波浪晃动时，铜板作为电极被海水润湿的面积发生变化而产生双电层充放电电流，传输至电能储存元件储存并输出。

进一步地，所述铜板设置有至少3个，垂直设置于所述发电箱体内的铜板规则排列，所述铜板的上端固定于所述发电箱体的顶部，所述铜板作为电极仅部分浸没入海水。

进一步地，所述电能收集元件采用Bq25504芯片。

进一步地，所述浮体为下开口结构，倒扣于海面上，使得铜板1部分浸没于海水，铜柱3一直浸没在海水中。

进一步地，当所述发电箱体漂浮于平静的海水内，海水浸入所述发电箱体容积的一半。

较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型收集发电箱体内因铜板电极被海水润湿面积的变化而产生的电流，具有无污染，能量来源广，能够较好的利用低品位波浪能的优点。

2、本实用新型具有稳定性好，对外界环境要求低的优点。

3、本实用新型具有结构简单、无运动部件、无污染且运行可靠等突出优点。

基于上述理由本实用新型可在可再生能源发电等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型波浪能发电装置的结构示意图。

图2是本实用新型振荡液面对电流信号的影响实验***图。

图3是本实用新型实验1中电流信号图(晃动幅度A)。

图4是本实用新型实验1中电流信号图(晃动幅度B)。

图5是本实用新型实验2中双电层发电测试原理图。

图6是本实用新型实验2中电流变化情况示意图。

图7是本实用新型实验2中电压变化情况示意图。

图中：1、铜片；2、电能收集元件；3、铜柱；4、浮体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种波浪能发电装置，包括浮体4、发电箱体、发电阵列极板和电能收集元2；所述电能收集元件2采用Bq25504芯片。

所述浮体4能够提供自身浮力和稳定性，使得装置能够漂浮于海面并且不会因为风浪而发生倾覆。所述的发电阵列极板设置于所述发电箱体内部，所述发电阵列极板包括多块相互并联、间隔一定距离设置的铜板1和铜柱3。

所述的发电箱体外壁设置有浮体4；部分浸入海水的所述铜板1和始终浸没于海水的所述铜柱3形成的阵列，分别同所述电能收集元件2的两个输入端相连接；所述铜板1设置有至少3个，垂直设置于所述发电箱体内的铜板1规则排列，所述铜板1的上端固定于所述发电箱体的顶部，所述铜板1作为电极仅部分浸没入海水。

所述浮体4为下开口结构，倒扣于海面上，使得铜板1部分浸没于海水，铜柱3一直浸没在海水中。

所述发电箱体通过浮体4浮于海面上，当发电箱体随波浪晃动时，铜板1作为电极被海水润湿的面积发生变化而产生双电层充放电电流，传输至电能储存元件储存并输出。

优选的，当所述发电箱体漂浮于平静的海水内，海水浸入所述发电箱体容积的一半。浮体刚好能使箱体内的海水占所述发电箱体容积的一半，当箱体随着波浪晃动时，铜板电极被海水润湿的面积最大。

一种使用上述的波浪能发电装置的发电方法，包括以下步骤：

S1、调整浮体4使得发电箱体内的海水占所述发电箱体容积的一半，当发电箱体随着波浪晃动时，铜板电极被海水润湿的面积最大。

S2、通过电能收集元件2收集感应电荷所形成的电能并进行存储管理。

本实用新型所述的波浪能发电装置及发电方法，能够收集海水润湿铜板电极时产生的电流，具有结构简单、无运动部件、无污染且运行可靠等突出优点。

工作原理：

当液体和金属接触时，金属表面会带电，并继而通过静电作用吸附溶液中的异号离子形成双电层，构成双电层电容。

当金属表面的润湿面积增加时，会形成新的双电层，这相当于给金属极板充电。当采用合适的电路***时，会在回路中形成双电层充电电流。

实施例1，一种利用波浪能发电装置，其主要包括：能够利用因箱体内海水润湿铜板面积的变化而产生电流的电流产生单元；能够收集充电电流并进行存储管理的电能收集单元；能够提供整个装置浮力和稳性的浮体。

其中，电能产生单元包括：多块相互并联、间隔一定距离且部分浸入海水的铜板以及始终浸没在海水中的铜柱。

电能收集单元包括：电能储存元件，所述电能储存元件分别与所述铜板阵列以及铜柱相连接，用以收集和储存电流并向外输出电能。

浮体，所述浮体承载了箱体，并与箱体紧密相连，使得箱体不会因为经受大风浪而与浮体产生相对位移。

浮体提供自身及箱体浮力，使箱体漂浮于海平面之上。

浮体还提供稳性，使得密封箱体在受到风浪作用时，不会发生倾覆。

本实施案例的装置参数：本例所用的箱体为20cm×10cm×10cm的塑料箱体，箱内液面高度为5cm，铜板阵列中相邻两个铜板之间的距离为5cm，浮体采用直径为30cm厚为5cm的圆柱形泡沫板，将箱体嵌套于浮体内，实验所用液体均为海水。所述铜板的面积越大，发电效果越好。

其中，电能产生单元包括铜多块相互并联、间隔一定距离且部分浸入海水的铜板以及始终浸没在海水中的铜柱；所述电能储存元件2采用的是Bq25504芯片，其分别与所述铜板阵列以及铜柱相连接，用以收集和储存电流并向外输出电能；所述浮体4，采用直径为30cm厚为5cm的圆柱形泡沫板，将箱体嵌套于浮体内。

进一步的，作为本例的优选：所述电能储存元件通过铜柱3与所述铜板列阵相连。

具体过程为：当装置随着波浪运动时，箱体内海水也会随着晃动，箱体内海水浸润铜板面积的发生变化，进而产生双电层感应电流，通过电能收集单元收集电能并进行存储管理。

基于上述波浪能发电装置进行发电的方法，包括如下步骤：

1)调整浮体使得箱体内的海水占所述箱体容积的一半，当箱体随着波浪晃动时，铜板电极被海水润湿的面积最大。

2)控制浮体，既能提供整个装置的浮力，又能在装置受到波浪扰动时提供稳性，不至于倾覆。检测结果：在装置随着波浪晃动时会产生电能，通过所述Bq25504芯片收集产生的电能。

综上所述，采用本实用新型利用箱体内海水浸润铜板面积的变化产生电流，利用电能产生单元和电能收集单元将微弱电能进行收集。

实验1：振荡液面对电流信号的影响

工作任务：

使用皮安表测量电流信号，一根铜柱电极***海水中，另一根铜柱电极与铜板相连，晃动烧杯，使液面振荡，观察电流信号。

完成情况

实验***，实验***图2示出了实验***组成及原理。

***主要由皮安表，烧杯，铜板，铜柱组成。

铜柱电极一端***海水中，另一根铜柱电极与铜板相连。

用皮安表将整个***相连，形成一完整电路。

在实验1中，当晃动烧杯使得烧杯内海水振荡，由于海水浸润铜板的面积变化，进而产生双电层感应电流。

实验目的就是检测这个过程的电流信号。

实验结果及讨论

图3和图4示出了烧杯内海水在不同晃动幅度下振荡时的电流信号。

从图3和图4中可以看出：每次晃动，都会产生一个激增的电流信号，该信号就是因海水浸润铜板电极面积变化而产生的双电层感应电流；改变晃动幅度，使得第二次的晃动幅度大于第一次晃动幅度，发现第二次中的电流信号幅值大于第一次中的电流信号幅值。

实验2：

实验***图5示出了实验***组成及原理。***主要由皮安表，烧杯，铜板，铜柱，变色纸组成。三块铜板并联浸入海水，每块铜板的宽度为40mm，间距为40mm，铜柱直径为2mm。铜柱电极一端***海水中，另一端接皮安表，皮安表另一输入端接并联铜板。

在实验2中，手动晃动烧杯，使得烧杯内海水振荡反复润湿铜片，记录该过程的电流和电压信号，计算峰值功率以及计算海水润湿铜板的面积。

图6和图7分别示出了测得的电流和电压信号。可以看出，每次润湿都会产生增加的电流信号和电压。选取图6和图7的峰值点，计算三个峰值点的功率分别为：274.7836nW，278.5237nW，287.64523nW。

经测量得知，三块铜板润湿一次的面积是3648.75mm²，功率是840.95253nW，因此，单位面积的功率是2.3mW/m².次。假设10s润湿一次，一天润湿8640次，因此功率约为20W/m².天。如果布设一千块铜板，持续润湿一天，则功率是20kW/m².天。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种波浪能发电装置，其特征在于包括浮体、发电箱体、发电阵列极板和电能收集元件；

所述的发电阵列极板设置于所述发电箱体内部，所述发电阵列极板包括多块相互并联、间隔一定距离设置的铜板和铜柱；

所述的发电箱体外壁设置有浮体；

部分浸入海水的所述铜板和始终浸没于海水的所述铜柱形成的阵列，分别同所述电能收集元件的两个输入端相连接；

所述发电箱体通过浮体浮于海面上，当发电箱体随波浪晃动时，铜板作为电极被海水润湿的面积发生变化而产生双电层充放电电流，传输至电能储存元件储存并输出。

2.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：

所述铜板设置有至少3个，垂直设置于所述发电箱体内的铜板规则排列，所述铜板的上端固定于所述发电箱体的顶部，所述铜板作为电极仅部分浸没入海水。

3.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：

所述电能收集元件采用Bq25504芯片。

4.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：

所述浮体为下开口结构，倒扣于海面上，使得铜板1部分浸没于海水，铜柱3一直浸没在海水中。

5.根据权利要求1所述的波浪能发电装置，其特征在于：

当所述发电箱体漂浮于平静的海水内，海水浸入所述发电箱体容积的一半。